[发明专利]一种探究水平井钻井中岩屑床形成的实验装置及实验方法

说明书

一种探究水平井钻井中岩屑床形成的实验装置，包括模拟井筒，岩屑送料罐，钻井液搅拌槽；模拟井筒包括垂直段、造斜段和水平段，垂直段与水平段经所述造斜段连接；钻杆穿过出液装置设置在模拟井筒中，钻杆在垂直段中的部分与钻杆在水平段中的部分经设置在造斜段中的伞型齿轮连接；水平段一端分别设置有转动轴和进液装置；进液装置连通模拟井筒内部，并通过进液管线与钻井液搅拌槽相连，钻井液搅拌槽与进液装置和模拟井筒经进液管线连接；钻井液搅拌槽经回液管线与出液装置连；模拟井筒可任意调整斜度，根据实验需求准确模拟水平井状态，使得实验用钻杆在模拟井筒中的结构分布与实际井下施工中的钻杆结构分布近似，获得准确的岩屑床评价结果。

技术领域

本发明属于石油钻井实验模拟技术领域，特别是一种探究水平井钻井中岩屑床形成的实验装置及实验方法。

背景技术

近年来，随着石油勘探开发技术与钻井技术得到飞速发展，钻井深度越来越深，另一方面，为提高经济技术效益，所钻油气井越来越多为大斜度、大位移定向井和水平井，可覆盖多个油气藏，实现一井多采。而对于水平井，面临的重大技术难点之一就是岩屑携带困难，易堆积形成岩屑床，大幅降低钻井效率，因此有必要水平井钻井过程中的岩屑床特性和岩屑床的形成原因等方面的问题进行评价研究。

中国专利CN109209337A公开了一种考虑岩屑床的水平井钻井润滑性实验装置及实验方法，该装置使用水平设置的模拟井筒模拟水平井，与泥浆槽和液体管路形成钻井液循环，在水平井外部设置驱动机构及旋转机构驱动水平钻杆在模拟井筒中运动，并使用液压泵调节模拟井筒的斜度，以起到测定钻杆与岩石、泥饼以及岩屑床之间的钻井液润滑系数的作用。

然而，上述专利中涉及装置主要用于对钻井过程中形成的岩屑床对钻杆作业的影响这一问题的研究，未对岩屑床的成因进行探究。因此，需要一种能够尽可能贴合实际情况下的大位移钻井中岩屑床产出过程的实验装置，对水平井钻井中岩屑床形成原因进行分析和研究。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种探究水平井钻井中岩屑床形成的实验装置及实验方法，在综合考虑钻杆旋转速度、摸拟井筒井斜角度、钻井液排量、岩屑颗粒大小和形状、岩屑颗粒单位时间进入量等相关因素的情况下，可有效模拟实际水平井钻井施工状态下的岩屑床形成，实现对水平井中岩屑床形成原因的研究。

本发明采用的技术方案是：

一种探究水平井钻井中岩屑床形成的实验装置，包括旋转驱动机构，模拟井筒，高压泵 A，岩屑送料罐，钻井液搅拌槽，计算显示单元；所述模拟井筒包括垂直段、造斜段和水平段，所述垂直段竖直设置，所述水平段水平设置，垂直段与水平段经所述造斜段连接；所述垂直段顶部设置有出液装置，所述出液装置与模拟井筒内部连通，垂直段上方设置有旋转驱动机构，所述旋转驱动机构下方连接有钻杆，所述钻杆穿过出液装置设置在模拟井筒中，钻杆在垂直段中的部分与钻杆在水平段中的部分经设置在造斜段中的伞型齿轮连接，模拟井筒外部的钻杆上设有扭矩传感器；所述造斜段由耐高温高压橡胶管组成，所述耐高温高压橡胶管通过密封橡胶环分别与垂直段和水平段密封连接；所述水平段的井筒外壁上设置有可移动式超声波探头，水平段一端分别设置有转动轴和进液装置；所述模拟井筒上方设置有活动吊轨，活动吊轨上竖直吊设有液压缸，所述液压缸的柱塞与所述转动轴铰接，液压缸与外部液压泵管路连接；所述进液装置连通模拟井筒内部，并通过进液管线与所述钻井液搅拌槽相连，所述岩屑送料罐与所述高压泵A依次设置在由钻井液搅拌槽至进液装置的进液管线上；所述钻井液搅拌槽经回液管线与出液装置连通，所述回液管线上分别设置有输送泵A和降温降压装置。所述计算显示单元设置在模拟井筒外部，并与所述扭矩传感器和所述可移动式超声波探头分别电连接。

进一步的，模拟井筒垂直段和水平段由耐温耐压透明材料制成。